内蒙古温带草原根系周转模式及其对土壤有机质的贡献

Root turnover is an important source of the soil organic matter and plays critical roles in regulating carbon (C) cycling response and feedback to the global climate change in grassland ecosystem. However, root turnover and its contribution to soil organic carbon pool, the influence of soil humus substance formation and transformation process are still the most unclear part in grassland ecosystem's carbon cycle. So far, very few informations about global climate change's impact on root turnover and soil humification process driven by precipitation and temperature at a regional scale have been reported. Therefore, in this study, Stipa baicalensis, Stipa grandis, Stipa krylovii and Stipa breviflora plants community distributing across natural climate gradient in temperate steppe were taken as research object. This study was conducted to investigate whether there is a regional pattern of root turnover, to quantifying the carbon number in the soil by the input of root death, to estimate the root turnover's contribution to soil organic matter in Inner Mongolia's temperate steppe by adopting modified minirhizotron technique, ingrowth core, soil core and δ13C methods. The research whereby reveals the adjustment regulation of climate driven factors (precipitation and temperature) and human activity (grazing) on grassland plants root turnover and humification processes of soil organic matter. It provides scientific parameter for temperate grassland ecosystem carbon cycle under the background of model predicted climate change.

根系周转是土壤有机质的重要来源，在调节草原生态系统碳循环对全球气候变化的响应与反馈中至关重要。然而，根系周转及其对土壤有机碳库的贡献、土壤腐殖物质形成和转化过程的影响仍然是草原生态系统碳循环中最不清楚的部分，至今尚未见区域尺度上以降水和温度为主要驱动因素的全球气候变化对草原根系周转及其对土壤腐殖化过程影响的报道。因此，本研究以内蒙古温带草原自然气候梯度上分布的代表性植被类型贝加尔针茅、大针茅、克氏针茅和短花针茅草原植物群落为研究对象，利用改进的微根窗方法、内生长法、原状土柱法和δ13C法等研究手段，来探讨内蒙古温带草原根系周转是否具有一个区域模式？量化根系死亡输入土壤中碳的数量，估算根系周转对土壤有机质的贡献。借此，揭示气候驱动因素（水分和温度）和人类活动（放牧）对温带草原植物根系周转及其对土壤有机质腐殖化过程的调控规律，为模型准确预测气候变化背景下温带草原生态系统碳循环提供科学的参数。

根系周转是土壤有机质的重要来源，在调节生态系统碳循环对全球气候变化的响应与反馈中至关重要。然而，根系周转及其对土壤有机碳库的贡献仍然是草原生态系统碳循环中最不清楚的部分。因此，本研究以内蒙古温带草原的克氏针茅、大针茅和短花针茅草原植物群落为研究对象，利用改进的微根窗方法、内生长法、原状土柱法和δ13C法，探讨1)内蒙古温带草原根系周转的差异和区域模式；2)内蒙古温带草原根系寿命的时空差异或区域模式；3)内蒙古温带草原根系死亡输入到土壤中碳的数量以及根系对土壤有机碳的贡献。. 我们发现（1）根窗法、原状土柱法和内生长法测定的结果是一致的，都显示克氏针茅草原和大针茅草原根系周转没有显著差异，都显著地高于短花针茅草原。但三种方法间测定的根系周转却有显著的差异，原状土柱法测定的克氏针茅草原、大针茅草原和短花针茅草原根系周转率分别是0.48、0.52和0.31（y-1），而内生长法测定的根系周转率结果分别是0.20、0.19和0.15（y-1），根窗法测定的周转率分别是2.3、2.2和1.2（y-1）。（2）在内蒙古温带草原，不同的草地类型的植物群落根系寿命显著地不同，克氏针茅草原植物群落根系寿命最低为98天，其次为大针茅草原植物为125天，最高的是短花针茅草原植物为146天。（3）克氏针茅草原、大针茅草原、短花针茅草原0-30 cm 土层每年通过根系死亡输入到土壤中碳的数量分别为158.3 g m-2、122.7 g m-2、77.7g m-2，每年根系死亡对土壤有机碳的贡献分别为2.9% 、2.4%和1.9%。. 我们的研究结果表明在内蒙古温带草原区域内不同的草地类型根系周转、寿命是显著不同的，这就意味着在内蒙古温带草原根系周转和寿命在空间尺度上没有统一的模式。不同的草地类型根系死亡对土壤有机碳的贡献也不同。所以，在用模型预测草地生态系统碳循环时，不分草地类型、采用单一的根系周转率会产生严重的偏差。因此，这些发现对于模型更精确预测草地生态系统碳循环具有非常重要的意义。